lundi 27 février 2017

Dissection moléculaire hépatocyte par hépatocyte d'un lobule du foie

Pour PrepaCAPES et PrepaAgreg
Thèmes : expression génétique, physiologie, histologie


Le foie est un des organes clés du métabolisme. Il est constitué d'unités anatomiques appelées lobules en forme d'hexagones et qui comprennent 15 couches concentriques d'hépatocytes.

Source : https://fr.slideshare.net/laamlove/le-foie-vbiliairespanc
Si on considère dans les cours les hépatocytes comme "équivalents", cela n'est pas le cas dans la réalité. Le sang circule de la périphérie (en provenance de la veine porte hépatique) d'un lobule vers le centre (veine centro-lobulaire) et des morphogènes tels que les Wnt sont sécrétés par la veine centrale et diffusent en gradient vers la périphérie. Il s'ensuit que les cellules dans un lobule n'ont pas le même environnement (plus de Wnt et plus d'hypoxie au centre des lobules). Certaines zonations avaient déjà été découvertes mais l'article publié dans Nature le 16 février dernier étudie avec une précision sans précédent la répartition du travail entre les hépatocytes. 

Les auteurs ont combiné des hybridations in situ ultra-précises avec une analyse du transcriptome provenant de cellules uniques. Résultat ? 50% des gènes exprimés dans le foie présentent une expression zonée c'est-à-dire non uniformes le long de l'axe périphérique-central des lobules avec très souvent des différences très marquées (des zones qui expriment fortement le gène, d'autres pas du tout). Par exemple, les enzymes qui synthétisent les sels biliaires sont zonées et la voie de synthèse se déroule en fait en cascade d'une cellule à l'autre le long de l'axe. Les cellules qui sécrètent les protéines du complément et les facteurs de coagulation sont plutôt en périphérie des lobules, près de l'arrivée des veines en provenance de la veine porte. Les hépatocytes plus spécialisés dans la détoxification se trouvent plutôt au centre des lobules. L'hormone Igf1 qui a un rôle dans la croissance des os longs (sous le contrôle de l'hormone de croissance hypophysaire) est produite en périphérie des lobules mais les protéines qui transportent cette hormone dans le sang (Igfbp1 et Igfbp2) sont exprimés juste en aval en suivant le flot sanguin dans les lobules c'est-à-dire dans la zone médiane. Quant à la formation du glycogène, il est confirmé ce qu'on savait déjà. Le glycogène produit à partir du glucose prélevé dans le sang se forme plutôt dans les cellules du centre des lobules alors que le glycogène produit à partir du lactate via la néoglucogenèse se forme plutôt en périphérie. 

Ces expressions géniques sont sous le contrôle d'un gradient du morphogène Wnt et du gradient hypoxique (plus de Wnt et plus d'hypoxie au centre des lobules) car si on perturbe l'un ou l'autre les profils génétiques sont modifiés. 

Reste maintenant à savoir comment ces expressions varient au cours du développement et au cours du temps car il est connu que le foie a une composante circadienne forte de son activité. 


jeudi 16 février 2017

Les globules rouges gardent en mémoire le passage par une période d'hypoxie (en altitude par exemple)

Pour PrépaCAPES et PrépaAgreg

Thèmes : respiration, globules rouges, hémoglobine

Les humains peuvent s'adapter à la raréfaction de l'oxygène en altitude. Ces adaptations peuvent être génétiques à l'échelle de populations (les Tibétains ou les habitants des plateaux des Andes : on estime que 140 millions de personnes vivent en permanence au dessus de 2500 mètres d’altitude) ou à l'échelle individuelle par des adaptations physiologiques d'acclimatation (personne vivant à basse altitude qui monte épisodiquement à haute altitude).



Des chercheurs américains et chinois ont découvert une nouvelle adaptation à l'intérieur des globules rouges qui explique que les organismes s'adaptent plus vite lors de leur deuxième exposition à une raréfaction de l'oxygène que lors d'une première exposition, ce qui constitue une sorte de mémoire. Ils ont montré qu'une protéine appelée eENT1 de la membrane plasmique des globules rouges est dégradée lors d'une exposition à une quantité d'oxygène plus faible (en altitude chez l'homme ou dans des conditions expérimentales d'hypoxie chez la souris). Cette protéine est un transporteur de nucléoside et sa destruction aboutit à une plus grande accumulation d'adénosine dans le plasma. L'adénosine extracellulaire dans le sang a des effets protecteurs : vasodilatation dans les tissus permettant un meilleur apport d'oxygène, activation de la production de 2,3-BPG qui favorise le passage de l'hémoglobine de la forme oxy à la forme désoxy, facilitant le relargage de l'oxygène au niveau des tissus.

Ainsi, chez les humains qui ont participé à l'étude lors d'un premier séjour en altitude d'une dizaine de jours, la concentration plasmatique d'adénosine a augmenté mais lors de la deuxième montée une vingtaine de jours plus tard, l'augmentation a été plus rapide et plus forte. La première production d'adénosine active une voie de signalisation qui aboutit à la destruction (via ubiquitylation) de eENT1 qui habituellement élimine l'adénosine du compartiment extracellulaire. Ainsi, la deuxième fois, il y a moins de eENT1 et l'adénosine peut s'accumuler plus vite dans le plasma. 

Chaque globule rouge garde donc en mémoire (sous la forme d'un taux bas de eENT1) le passage dans une région hypoxique. La durée de vie d'un globule rouge étant de 120 jours cette mémoire s'efface progressivement de l'organisme au fur et à mesure de la destruction des globules rouges qui ont subit l'hypoxie.

dimanche 5 février 2017

Découverte d'un nouveau fossile Deutérostomien précoce

Pour CAPES, Agreg et BCPST
Thèmes : évolution, plans d'organisation

Les Deutérostomiens sont des animaux bilatériens chez qui le blastopore qui se forme à la gastrulation (ou son homologue amniote appelé ligne primitive) donne naissance à l'anus, la bouche se formant secondairement. Ce phylum comprend essentiellement les Échinodermes (dont les adultes ont perdu la symétrie bilatérale) et les Cordés. Ces groupes sont apparus au Cambrien mais si on trouve "facilement" des fossiles d’Échinodermes ou de Cordés (par exemple Yunnanozoon et Haikouella), il est très rare de trouver des fossiles de Deutérostomiens d'avant la séparation entre ces deux phyla.


Vue de face de Saccorhytus observé par microscopie électronique à balayage. On voit très bien la bouche et les ouvertures latérale coniques à travers le tégument (ce ne sont pas des yeux !)

Des chercheurs chinois ont découvert un petit fossile à l'échelle millimétrique (longueur 1,3 mm; largeur 0,8 mm) dans des couches sédimentaires du Cambrien (-540 millions d'années) en Chine du Sud qui pourrait correspondre à un Deutérostomien précoce. Il répond au nom de Sacchorhytus coronarius. Ce fossile possède une large bouche, entourée de couronnes de structures rugueuses. Apparemment, il n'aurait pas d'anus et les fèces auraient été éliminés par huit ouvertures latérales à bord coniques disséminés sur le corps. Ces ouvertures latérales pourraient être des formes primitives des fentes branchiales, percées dans le pharynx. Alors que pendant longtemps on avait cru que le caractère de pharyngotrème (pharynx percé de fentes) était un caractère dérivé partagé exclusif des Cordés, il semble que ce caractère était présent chez le Deutérostomien ancestral et qu'il a été perdu chez les Échinodermes. Ce fossile serait plutôt en faveur de ce scénario. Cependant, ces fentes ne semblent pas bordées par des branchies mais les auteurs expliquent que vu la taille de l'animal une respiration tégumentaire suffisait largement. Ces ouvertures n'auraient donc servi qu'à l'alimentation pour faire sortir le courant d'eau qui rentrait par la bouche et pour éliminer les excréments en absence d'anus. Il est possible aussi que l'animal rejetait eau et excréments par la bouche dans un mouvement de va et vient et que les structures coniques étaient des récepteurs sensoriels (mais pas des yeux !)

Source : Nature/doi:10.1038/nature21072

Saccorhytus serait apparenté aux Vetulicolia, un groupe fossile au positionnement controversé. Dans leur article les auteurs les placent en dehors des Cordés mais d'autres études les mettent à l'intérieur des Cordés

Bref, les premières étapes de l'évolution des Deutérostomiens recèlent encore bien des mystères.

 

samedi 14 janvier 2017

Les Eucaryotes ne sont bien qu'une branche qui a émergé parmi les Archéobactéries

Pour BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : cellule eucaryote, évolution

L'origine des cellules eucaryotes, il y a 1,8 milliards d'années, est encore un mystère bien que de nombreuses théories aient été échafaudées. L'hypothèse récente qui a la faveur des scientifiques est celle d'une endosymbiose entre une alphaprotéobactérie à l'origine des mitochondries avec une archéobactérie. Cela aurait formé une proto-cellule eucaryote encore sans noyau mais avec des mitochondries et c'est au sein de ce groupe qu'auraient émergées ensuite les cellules Eucaryotes avec noyau.

Les archéobactéries, même si ce sont des cellules procaryotes comme les Eubactéries, ont des particularités de leur métabolisme, de leur membrane plasmique...etc...qui les font former un phylum à part. Ce sont des organismes qui vivent souvent dans des environnements extrêmes très difficiles à reproduire en laboratoire pour les cultiver in vitro comme une vulgaire Escherichia coli. Beaucoup de leurs espèces ne sont connus que par leurs séquences d'ADN.

Les Lokiarchaeotes sont des archéobactéries qui vivent dans des sédiments marins profonds. Le séquençage de leur génome a montré que ce sont les espèces les plus proches des eucaryotes donnant du poids à la théorie que l'arbre du vivant n'a pas trois branches mais deux branches et que les eucaryotes ont émergé au sein des archéobactéries. Beaucoup des gènes de ce Lokiarchaeotes sont des gènes que l'on avait cru spécifiques des Eucaryotes auparavant, comme ceux codant des protéines homologues à l'actine ou diverses petites GTPases. 

Des chercheurs qui viennent de publier dans Nature ont découvert des archéobactéries qui sont encore plus proches des Eucaryotes que les Lokiarchaeotes.  Ils ont séquencé et assemblé des fragments d'ADN provenant de sédiments marins profonds de 7 régions du globe et ont fini par mettre en évidence certaines nouvelles espèces formant un superphylum au sein des archéobactéries qu'ils ont nommé Asgard. Les Lokiarchaeotes font partie de ce super-phylum. 

Dans ce nouveau super-phylum les auteurs ont caractérisé le groupe des Odinarchaeota (on continue avec la mythologie nordique...après Loki, voici Odin...) qui ont une tubuline extrêmement proche de celle des Eucaryotes. Ils ont découvert aussi les gènes codant le complexe Arp2/3 qui contrôle le cytosquelette, et des gènes codant des protéines habituellement exprimés dans l'appareil de Golgi et le reticulum endoplasmique des Eucaryotes. Il est difficile de dire si ces cellules ont une sorte de compartimentation, même rudimentaire. 

Voici donc le nouveau scénario d'apparition des cellules eucaryotes il y a 1,8 milliards d'années.

 
Source : doi:10.1038/nature21113

Si les acteurs semblent maintenant bien caractérisés, reste à comprendre comment est apparu ce qui caractérise vraiment la cellule eucaryote : le noyau contenant l'ADN.



Voir doi:10.1038/nature21113
Voir aussi cet article sur les Lokiarchaeotes

lundi 2 janvier 2017

Un vaccin efficace contre le virus Ebola

Pour PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : vaccin, virus, système immunitaire


 
Image colorisée montrant des particules virales Ebola (en vert) bourgeonnant de cellules de rein (en brun) d'un singe infecté et envahissant le milieu extracellulaire réalisée par microscopie électronique en transmission (https://fr.wikipedia.org/wiki/Maladie_%C3%A0_virus_Ebola)

Le virus Ebola est un virus à ARN monocaténaire avec un génome de 19 kilobases enfermé dans une capside protéique très allongée. Il provoque de fortes fièvres accompagnées d'hémorragie puis d'insuffisances rénales et hépatiques provoquées par une coagulation vasculaire disséminée qui va déclencher des nécroses dans les organes vitaux par manque d'alimentation d'oxygène. Ses principales cibles sont les cellules endothéliales, les cellules phagocytaires mononucléaires du système immunitaire (macrophages, cellules dendritiques...) et les hépatocytes.

Le taux de mortalité est très élevé (de 25 à 90% selon les souches). La dernière flambée épidémique a eu lieu en Afrique de l'Ouest en 2014 et 2015 et a fait 11 323 morts (officiels). Le virus se transmet de plus assez facilement d'homme à homme via les fluides corporels.

Des chercheurs ont publié dans la revue médicale The Lancet en Décembre 2016 les résultats d'un test de grande ampleur réalisé en Guinée sur un nouveau vaccin appelé
rVSV-ZEBOV et ils sont très encourageants. Ce vaccin avait été au préalablement essayé sur des modèles animaux (cobaye, souris, macaque rhésus). Le test a porté sur plus de 11 500 personnes en double aveugle. Parmi les vaccinés aucun n'est tombé malade (alors que certains avaient été en contact avec des patients atteints par Ebola) alors que parmi les personnes à qui on a injecté le placebo, 23 cas se sont déclarés sur la même période. Il faut compter 10 jours en le moment de la vaccination et la protection effective. 

Schéma représentant la structure du virus Ebola

Pour faire ce vaccin les chercheurs ont utilisé un virus proche, celui du VSV (Virus de la Stomatite Vésiculaire) d'où le nom du vaccin rVSV-ZEBOV pour recombinant Vesicular Stomatitis Virus-Zaire EBOlaVirus. Il lui ont fait exprimer la glycoprotéine GP qui se trouve habituellement sur la capside d'Ebola et qui lui permet de s'accrocher aux cellules endothéliales. Le système immunitaire des injectés avec le virus VSV recombinant vont produire des anticorps contre GP. Lors d'une attaque d'Ebola, les anticorps seront déjà présents et la réponse immunitaire contre le virus sera très rapide. Il sera empêché de pénétrer dans ses cellules cibles. 

Il reste à savoir si la protection sera efficace à long terme (pour l'instant il n'y a qu'un recul de 6 mois) et si des rappels seront nécessaires.

Voir cet article.
Article scientifique du Lancet

dimanche 25 décembre 2016

La fonte des pergélisols a provoqué un relargage massif de gaz à effet de serre à la fin de la dernière glaciation

Pour BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : Cycle du carbone, réchauffement climatique


Pergélisol fracturé en train de fondre (Suède) . Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Perg%C3%A9lisol#/media/File:Storflaket.JPG


Les sols gelés en permanence dans les régions péri-arctiques (pergélisol) couvrent un cinquième de la surface terrestre dans l'hémisphère nord dont 90 % du Groenland, 80 % de l'Alaska, 50 % du Canada et de la Russie. Ils constituent une réserve de carbone sous forme de matière organique et de méthane piégés. Or avec le réchauffement climatique (l'année 2016 sera une année record), le pergélisol commence à fondre et on peut se demander quel en sera l'impact sur le CO2 et le méthane atmosphérique, eux-mêmes causes du réchauffement climatique via l'effet de serre. Pour mieux comprendre, les chercheurs se sont plongés dans le passé et ont étudié une fonte de pergélisol qui a eu lieu à la fin de la dernière période glaciaire au cours d'une remontée rapide des températures (il y a 11.650 ans). Cette étude a été publiée dans Nature Communications au début de ce mois.

Source :  Tesi, et al. 2016


Durant cette période, le taux atmosphérique de CO2 était passé de 190 ppm à 270 ppm (actuellement on est à 400 ppm...), d'après des études dans des bulles d'air piégées dans la glace. Quelle est la contribution du dégel du pergélisol dans cette augmentation ? Lorsque le pergélisol fond, la matière organique du pergélisol se retrouve entraînée par l'écoulement des eaux vers les mers et océans. Les chercheurs se sont donc intéressés aux sédiments qui se sont accumulés à cette période à l'embouchure du fleuve Léna, en Sibérie, qui se jette dans la mer de Laptev qui borde l'Océan Arctique. Particulièrement étudiés furent les phénols des lignines et des polymères de cires des cuticules de végétaux qui indiquent une origine terrestre des sédiments. 

Le résultat est que l'on observe effectivement une forte augmentation de sédiments d'origine organique terrestre au cours de la période de fin de glaciation. Ces molécules organiques ne sont problématiques en soi mais elles sont ensuite digérées par des bactéries qui relarguent du CO2 dans l'atmosphère. Les auteurs considèrent que les volumes de sédiments sont tels que cela a pu être un contributeur majeur de l'augmentation de CO2 de 80 ppm sur la période.

Cela constitue un avertissement clair, concernant les effets d'emballement possible des taux de CO2 et du réchauffement climatique alors que de nombreux indices montrent que les pergélisols sont en train de fondre actuellement et que cela affecte la composition des fleuves et des rivières qui les drainent (voir par exemple ici).





lundi 5 décembre 2016

Exploration de l'anneau central du cratère de Chicxulub

Pour CAPES et Agreg

Thèmes : météorite, limite K/T

 
Source : http://www.everythingselectric.com/chicxulub/

 Il y a 66 millions d'années, la chute d'un astéroïde dans la péninsule du Yucatán (Mexique) a mis fin au règne des dinosaures (et des ammonites). Elle créait aussi le cratère d'impact de Chicxulub, d'un diamètre de 180 km. C'est le seul cratère connu sur Terre à posséder encore un anneau central. L'expédition IODP/ICDP 364, réalisée par une collaboration internationale impliquant des chercheurs du CNRS, d'Aix-Marseille Université et de l'Université de Bourgogne, publie ses premières analyses dans la revue Science du 18 novembre 2016 : les 835 mètres de carottes récupérées permettent pour la première fois de retracer l'histoire des roches lors de la formation de ce type de cratère. L'expédition IODP/ICDP 364 a débuté par deux mois de forage en mer, d'avril à mai 2016. Cette première phase de la mission a permis, grâce à un forage en eaux peu profondes, de récupérer 303 carottes de sédiments et d'impactites (roche modifiée par l'impact d'une météorite) et près de 6 km de données de puits cumulées.

C'est la première fois qu'un forage est réalisé dans l'anneau central (ou « peak ring ») d'un cratère d'impact météoritique. Le peak ring est une structure circulaire constituée de monts souvent discontinus, localisés à l'intérieur de grands cratères. Fréquemment observées à la surface des corps silicatés du Système solaire tels que la Lune, Mercure ou Vénus, ces structures topographiques sont le sujet de nombreux débats quant à leur formation et n'avaient, jusqu'à présent, jamais été échantillonnées.

Les chercheurs ont notamment découvert que l'anneau central est majoritairement constitué de roches granitiques, mélangées à de la roche fondue, qui ont été non seulement choquées mais aussi déplacées de plusieurs kilomètres vers la surface lors de l'impact. Ces roches sont également traversées par des zones de cisaillement. Leur analyse montre que le choc a généré des flux verticaux et réduit la densité dans la croûte terrestre. La nature des roches qui forment l'anneau central du cratère de Chicxulub et leurs caractéristiques physiques permettent ainsi de confirmer l'un des modèles de formation de ces structures dit « par soulèvement dynamique suivi d'un effondrement ».
L'anneau central s'est formé en quelques minutes. Juste après l'impact, le substrat rocheux de granite profond, devenu coulant comme un liquide, a rebondi en une tour centrale de 10 kilomètres (!!) avant de s'effondrer en une crête circulaire. Ensuite, l'anneau de crête a été couvert par une couche de roches appelée brèche, formée de débris rocheux cimenté par ce qui avait fondu pendant l'impact puis refroidi. Puis, dans les heures qui ont suivi, des tsunamis ont déversé de grandes quantités de sédiments sablonneux dans le trou géant formé. 

 Ces résultats sont les premiers d'une longue série qui lèveront une partie du mystère de ce type de cratère, depuis leur rôle dans la géologie des planètes jusqu'à leur impact sur le climat. Les chercheurs espèrent par ailleurs déterminer si une vie microbienne, ancienne ou moderne, a pu se développer dans les roches du peak ring.

D'après communiqué du CNRS : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/4781.htm
Voir aussi : http://www.sciencemag.org/news/2016/11/update-drilling-dinosaur-killing-impact-crater-explains-buried-circular-hills